逆作法“一柱一樁”施工技術分析

史靜，李敏，焦永昶，楊蔣文，王海波 （中國建筑第二工程局有限公司，上海 200135）

隨著國內建筑的發展，逆作法在密集城市基坑工程中得到越來越廣泛的應用，對于四周建筑環境復雜、地質條件差、沉降變形要求嚴格、施工臨時場地狹窄、揚塵環保要求高、交通擁堵、工期緊張的地下室建筑工程，可首選逆作法施工技術。作為逆作法施工技術中最核心的技術，一樁一柱施工一直是個難點和技術攻關重點。為此，根據南京吾悅廣場項目采用創新一柱一樁施工技術為基礎，基坑四周采用地下連續混凝土墻作為豎向支護結構，重點分析“一柱一樁”逆作法工藝，類似項目施工提供了寶貴經驗。

1 工程概況

南京吾悅廣場項目地處南京市鼓樓區湖南路核心商業圈，地下室外墻緊鄰周邊民國建筑及各種地下管線，工程地質情況異常復雜，鑒于上述實際情況，項目采用了全逆作法工藝，一柱一樁基礎，131根立柱樁通過“一柱一樁”技術的實施，垂直度達到了1/500的精度要求，樁身完整性及單樁承載力經檢測完全滿足設計要求。

2 “一柱一樁”工藝原理

2.1 調垂原理

在柱頂設置鋼支架，以鋼支架為支點，利用杠桿原理，根據設置在鋼柱側面的測斜管提供的數據對鋼柱進行液壓調垂，利用電腦傳感器直接控制垂直度。

2.2 成樁質量控制原理及措施

樁柱混凝土標號不一致，通過高標號混凝土超灌保證樁身質量。

合理安排混凝土澆筑計劃，在C40澆筑完成前，C60混凝土罐車提前進場，保證不同等級混凝土澆筑的連續性。嚴格控制混凝土澆筑過程的坍落度，保持在160mm～220mm，確保混凝土能灌注至設計標高（立柱樁鋼管頂加超灌高度）。

當鋼立柱固定就位后，開始進行混凝土澆筑，混凝土澆筑采用立式鋼導管法進行施工，采用260鋼導管從鋼立柱頂部垂直插入鋼立柱內，導管深入至樁低200mm～300mm位置，進行首灌混凝土澆筑，確保導管埋入深度大于2m，拔管時確保導管埋入深度1.5m，且提升速度控制在0.5m/min以內。

灌注至鋼立柱底以下4m開始換C60混凝土，在灌注至立柱樁鋼管上下2m左右時要適當放慢混凝土的灌注速度，以減少混凝土灌注對鋼管立柱的影響，在混凝土灌注至鋼管立柱底口位置4m左右時，用測斜儀測取鋼管立柱和工具柱的垂直度情況，如有變化，通過孔內的油壓千斤頂進行微調。

C60混凝土灌注至樁頂以上1.5m時暫停混凝土澆筑，此時鋼導管需埋入混凝土內，鋼管外側孔內開始回填石子，人工四周先回填0.3m高沙袋，然后均勻回填砂石料，進行樁壁與鋼柱之間的空隙填充，防止澆筑時混凝土上泛過高，造成浪費。在回填約1/2后，重新澆筑鋼柱內混凝土，直至混凝土灌滿鋼管柱，把樁孔內的泥漿、污水及浮漿全部擠出柱外。

當樁柱混凝土澆筑12h后，方可進行頂部固定導向架的拆除。

3 施工工藝流程

定位→護筒埋設→成孔→測孔徑孔斜→下鋼筋籠→起吊鋼管柱→鋼筋籠吊筋掛在鋼柱兩側吊耳上→傳感器歸零→鋼管柱就位→開始校垂→安裝導管→灌注工程樁混凝土→灌注鋼立柱混凝土。

4 施工操作要點

4.1 逆作法“一柱一樁”調垂架設計

由于鋼管立柱樁施工精度要求高，需要在專業廠家加工制作鋼調垂控制架，待鉆孔樁成孔下放鋼筋籠以后，重新測設出鋼調垂控制架的位置，中心誤差控制在5mm以內，根據定位安裝鋼支架，在支架下部平臺上測放出鋼柱就位中心線，并在相應位置進行標識，確保其定位必須正確。

調垂架高2.6m，分為上下兩個平臺，支架上部平臺用于支撐鋼柱，下部鋼柱軸心對中固定，調節垂直度采用4個千斤頂、4個螺桿對稱設置，作為支點。護筒中設有4個千斤頂，用于鋼柱垂直度調節。

4.2 測斜管安裝

鋼調垂控制架就位后，根據實測數據確定鋼立柱標高，并焊接16號槽鋼在鋼柱對應標高位置，在調節標高的槽鋼支架上部平臺搭設鋼柱，下部埋設直徑20的鋼筋，以便鋼柱傾角的調節。同時，在鋼柱的側面設置10m的測斜管，布置時使測斜管鋼柱的中心標志線固定在鋼柱外側。

測斜管設置在鋼柱的側表面，長10m，距鋼柱柱頂1m處開始設置，測斜管采用10號工字鋼專用卡箍固定，每隔1000mm設置一道，為保證鋼管安放垂直度數據與測斜管測試垂直度數據一致，鋼管出廠時在鋼柱外側用墨線彈出母線位置，測斜管安裝時嚴格按墨線方向安裝，保證測斜管與鋼管完全平行。

4.3 樁成孔過程的垂直度控制

根據本工程樁成孔深度深、垂直度要求高、樁底需擴徑的特點，選擇扭矩大、鉆機穩、功率大的GPS20型鉆機，施工前應復核測量基準點、水準點，埋設4m長鋼護筒，鋼護筒內徑大于樁徑200mm，鋼護筒四周用粘性土分層填實，中心偏差應≤20mm。

GPS型鉆機就位時，底座轉盤調整至水平狀態，鉆機轉盤中心、起吊滑輪緣、鋼護筒中心須保持在同一鉛垂線上，鉛垂線的偏差≤20mm。打樁的精準度應貫穿于樁位測量放線定位——樁位開挖、鋼護筒施工埋設、復核校驗——機械設備定位——成孔的全過程，必須慎重開展工作。所有樁位點定位放樣應嚴格按照一柱一樁測量定位措施執行。GPS型鉆機就位時應從樁孔口拉設十字線，磨盤中心精準定位在拉設的十字線中心上，GPS型鉆機架保持水平精度，鉆機鉆頭施工時對樁位中心點累計偏差值應＜0.5cm。鋼護筒的垂直偏差值應≤1/200。樁成孔時，每次鉆樁深2000mm～3000mm或每隔120min～180min用水平儀檢驗GPS型鉆機架的水平度、常復核GPS型鉆機架的垂直度，并根據數據隨時調整，確保樁成孔的垂直度符合規范要求。

4.4 清理樁孔及樁底沉渣控制

樁孔清理的好壞會直接影響樁身質量、樁基承載力的大小、水下混凝土灌注施工。為確保樁清孔的質量問題，應進行2次正循環清理樁孔，用以保證泥漿性能，且在終孔后和灌注前各清孔一次。為確保清孔后沉渣滿足規范要求，在快鉆進至終孔標高的深度時，減慢鉆進速度，使土層沉渣充分水化分散，為清孔的順利進行，做好施工前期準備。

初次清理孔。鉆進終了，將鉆具提離孔底0.2m左右，上、下活動，低速回轉，全泵量沖孔，充分研磨孔底較大顆粒土塊，實現“一次清孔為主，二次清孔為輔”的清孔排渣原則，時間一般不少于0.5h。

二次清理孔。將導管、鋼筋籠、鋼管立柱放置好后，再利用導管進行二次清孔，清孔時導管應上下提動，直接將孔底一圈虛土清理干凈。清孔后孔內泥漿密度1.15～1.20，粘度不大于22s，沉渣厚度＜50mm。若正循環二次清孔后由于提鉆到灌注混凝土時間過長，沉渣厚度仍大于5cm將采用反循環方式再次清孔。為確保清孔質量，現場配備反循環砂石泵。

4.5 鋼筋籠和鋼管柱的安放

工況1。“一柱一樁”成樁過程中樁柱連接節點

鋼管由工廠按設計要求加工好后運至現場，將測斜管用夾具固定在鋼管柱外側，保持測斜管與鋼管柱軸線平行，成孔后移開鉆機，利用汽車吊將鋼筋籠逐節吊入孔口并由吊筋固定連接鋼筋籠。然后將鋼調垂控制架固定在孔口，將鋼管柱緩慢放入，為滿足一柱一樁調垂需要且保證鋼立柱錨入鋼筋籠的長度滿足設計要求，在鋼管立柱樁外側焊接兩塊鋼板制作的L形吊耳，樁柱通過立柱樁外側焊接的L形雙吊耳連接，鋼筋籠吊筋掛在兩側吊耳上，確保立柱樁鋼管進入鋼筋籠的有效長度且不因為鋼筋籠自重而影響調垂。

工況2。先利用吊車把加工好的鋼筋籠吊裝運輸就位后，找準樁孔的中心點，垂直緩慢地放入孔內，鋼筋籠頂部放置高出自然地面以上約500mm～1000mm時，對鋼筋籠進行臨時固定，同時對鋼筋籠進行調整，保證鋼筋籠中心與樁孔的中心線重合。

工況3。待鋼筋籠就位調整合格后，采用履帶式吊車進行相應位置的鋼立柱運輸吊裝，運輸至相應樁孔上空時，穩定吊車后，觀察鋼立柱與樁孔的相對距離，然后按指揮緩慢移動并就位，使鋼立柱中心垂線與樁孔重點在一個垂線上時，緩慢地下鉤，把鋼立柱底部臨時插入孔內的鋼筋籠內，此時應注意插入鋼立柱時應緩慢進行，插入的深度不得超過2000mm，然后停止鋼柱的下插。

工況4。啟動吊車，緩慢降落鋼筋籠，直至鋼筋籠套入鋼立柱的長度滿足設計要求的長度和標高。隨后將鋼筋籠吊筋懸掛在鋼柱鋼筋籠吊耳上。

工況5。鋼筋籠吊筋懸掛在吊耳上后，啟動吊車按設計的標高進行下放，整個鋼立柱見圖1。

圖1 鋼立柱吊裝工況

4.6 鋼筋籠和鋼管柱垂直度調整

垂直控制系統采用測斜管測量，鋼柱對中以后，將垂直度監控探頭放入測斜管內，探頭通過電纜沿PVC管內的十字槽滑入測斜管中，分兩個軸向采集數據，共80個數據，每0.5m采集一個數據，利用數據繪制垂直度初始曲線圖。通過鋼調垂控制架，利用螺桿微調整水平位置，粗調整立柱垂直度利用上下共八個千斤頂螺桿進行，并通過計算機與測斜儀連接，數據自動分析處理，直觀反饋鋼管柱的垂直度，根據數據開展現場微調工作，直至鋼管柱垂直精度符合規范規定值范圍內，見圖2。

圖2 鋼立柱調整步驟平面圖和剖面圖

4.7 鉆孔樁水下混凝土澆筑及柱樁不同強度等級混凝土轉換

鉆孔樁水下混凝土澆筑。施工采用預拌商品混凝土，預拌商品混凝土初凝時間為5±1h，坍落度160mm～200mm，預拌商品混凝土的和易性、均勻度、溫度、保水性檢驗合格后倒進施工工具漏斗中。灌注鉆孔樁水下混凝土時，設置閥門在導管和漏斗之間并關好，導管應比孔底高50cm左右，然后將漏斗和儲料斗混凝土裝滿后再打開閥門開始正式澆注鉆孔樁水下混凝土。在鉆孔樁混凝土澆筑過程中，灌注混凝土頂面的標高應進行實測實量，控制導管埋入深度在2m～6m。應連續灌注混凝土，不得出現中斷灌注情況。

柱樁不同強度等級混凝土轉換。①先進行低強度（樁身）混凝土澆筑施工，待樁身混凝土澆筑至鋼立柱底部以下約2000mm時，暫停澆筑；②更換C60高強度混凝土，高強度混凝土澆筑至樁頂設計標高以上1500mm時，暫停混凝土澆筑，此時鋼導管需埋入混凝土內；③頂部沿樁孔與鋼柱之間的空隙，人工四周先回填0.3m高沙袋，然后均勻回填1：2級配砂石料至樁頂-0.8m處，以防混凝土從管外上升。待鋼管柱內混凝土澆筑完成后，在鋼管柱外壁與混凝土護壁之間澆筑80cm厚低強度混凝土，以穩定鋼管柱以防偏位；④澆筑時樁身不能出現收縮情況，混凝土充盈系數宜在1.0～1.3。混凝土澆完后48h，才能拆除調垂架，以防鋼管柱偏位，見圖3。

圖3 灌注樁與鋼管柱不同等級混凝土轉換示意圖

5 結語

本項目充分結合工程復雜地質條件和周圍脆弱環境選擇全逆作法施工，既保證了周圍環境穩定和施工安全，又保證了上下結構同時施工的工期。“一樁一柱”逆施工技術通過液壓調垂，電腦傳感數據，使成樁精度誤差小于1mm，垂直度可達到1/500以上。在日常施工作業中通過地面操作，測斜儀即時顯示，可以隨時監控立柱從安裝至固定期間的垂直度情況，控制方便，成樁工效提高1/3，有效降低人力物力，響應綠色施工理念，降低工程成本，更符合建筑工業化的發展方向。吾悅廣場項目實踐表明，通過逆作法“一柱一樁”技術，樁身完整性及單樁承載力經檢測完全可以滿足設計要求，對于深基坑工程中鉆孔灌注樁內插鋼格構柱及逆作法工程中一柱一樁的施工有極大的借鑒意義，此項施工工藝值得大力推廣。